[830x]

На этом снимке сопоставлены изображения шарового скопления NGC 6388, полученные с телескопом Хаббла (слева) и с наземными телескопами (справа). Космический телескоп дает более детальное изображение, которое позволяет ученым наблюдать отдельные звезды вплоть до самого центра скопления, тогда как изображения, полученные 2.2-м телескопом MPG/ESO в обсерватории ESO Ла Силья в Чили дает более широкое поле зрения, захватывающее внешние области скопления.

Некоторые люди сохраняют отличную форму в 90 лет, а кто-то дряхлеет уже к пятидесяти. Мы знаем, что скорость, с которой человек стареет, только в общих чертах связана с его действительным возрастом, и может в большей степени зависеть от его образа жизни. Новое исследование, выполненное с 2.2-метровым телескопом MPG/ESO в обсерватории ESO Ла Силья и с Космическим Телескопом Хаббла NASA/ESA, показывает, что то же самое можно сказать и о звездных скоплениях.

Шаровые скопления – это сферические звездные коллективы, в которых звезды тесно связаны друг с другом силой их взаимного гравитационного притяжения. Это реликтовые остатки ранней стадии развития Вселенной, возраст которых достигает 12–13 миллиардов лет (Большой Взрыв произошел 13.7 миллиардов лет назад). В нашей Галактике Млечного Пути примерно 150 шаровых скоплений, в которых содержатся многие из старейших звезд Галактики.

Но несмотря на старость этих звезд и скоплений в целом, астрономы, наблюдавшие шаровые скопления с 2.2-метровым телескопом MPG/ESO и Космическим Телескопом Хаббла (NASA/ESA), обнаружили, что некоторые из них все еще «молоды сердцем». Эта работа будет опубликована в журнале «Nature» 20 декабря 2012 г.

“Хотя все эти скопления сформировались миллиарды лет назад”, -- говорит Франческо Ферраро (Francesco Ferraro) из Болонского университета в Италии, руководитель группы, сделавшей это открытие,-- “мы задумались о том, не могут ли некоторые из них стареть быстрее или медленнее, чем другие. Изучая распределение голубых звезд определенного типа, который существует в скоплениях, мы обнаружили, что некоторые скопления на протяжении своей жизни действительно эволюционировали значительно быстрее. Мы разработали способ измерения скорости их старения”.

Звездное скопление образуется в течение сравнительно короткого промежутка времени, что означает, что все входящие в него звезды имеют примерно один и тот же возраст. Поскольку яркие звезды больших масс сжигают свои запасы горючего довольно быстро, а шаровые скопления очень стары, то внутри них, казалось бы, должны оставаться только маломассивные звезды.

Однако, в действительности все оказывается совсем не так: при определенных условиях звезды могут переживать новый прилив «жизненных сил», получая дополнительное топливо, которое добавляет им массы и существенно повышает их яркость. Это может происходить в случае слияния или столкновения двух соседних звезд. Такие «омоложенные» звезды называются «голубыми бродягами» [1]. Именно их большая масса и яркость являются ключевым моментом данного исследования .

По мере старения скопления более тяжелые звезды опускаются к его центру, как бы «выпадая в осадок». Из-за своих больших масс «голубые бродяги» как раз и участвуют в этом процессе, а их высокая яркость делает их сравнительно легко наблюдаемыми [2].

Чтобы лучше понять детали процесса старения скопления, исследователи нанесли на карты положения «голубых бродяг» в 21 шаровом скоплении, изображения которых были получены, в частности, с 2.2-м телескопом MPG/ESO и «Хабблом» [3]. Телескоп Хаббла обеспечил высокое разрешение изображений густонаселенных центральных областей 20 скоплений, а наземные изображения, полученные в более широких полях,  позволили изучить более разреженные внешние зоны скоплений.

Анализируя наблюдательные данные, астрономы обнаружили, что несколько скоплений выглядели молодыми: «голубые бродяги» были распределены по всему их объему. Более многочисленную группу образовали скопления, в которых «голубые бродяги» скучились вблизи их центров, что указывало на их старость. Скопления третьей группы находились в процессе старения: в них наблюдалась миграция звезд в направлении центра, причем она была тем сильнее, чем ближе звезды были расположены к центру скопления.

“Так как все скопления сформировались примерно в одно и то же время, эти данные указывают на большие различия в скорости эволюции от скопления к скоплению”, -- сказала Барбара Ландзони (Barbara Lanzoni) из Болонского университета (Италия), соавтор исследования. “По нашему мнению, в случае быстро стареющих скоплений процесс «выпадения в осадок» должен закончиться в течение нескольких сотен миллионов лет, а у наиболее медленно развивающихся он может занять время, в несколько раз превосходящее современный возраст Вселенной”.

Так как самые тяжелые звезды скопления постепенно оседают в его центре, в скоплении в конце концов развивается явление, называемое коллапсом ядра – плотность вещества в центре скопления становится очень большой. Процессы, ведущие к коллапсу ядра, довольно хорошо изучены и так или иначе связаны с количеством, плотностью и скоростью движения звезд в центре скопления [4]. Однако, скорость, с которой происходит коллапс ядра в скоплениях, до сих пор оставалась неизвестной [5]. Данная работа предоставляет первое эмпирическое свидетельство скорости старения различных шаровых скоплений.

Примечания

[1] «Голубые бродяги» (blue stragglers) называются так из-за своего голубого цвета, и потому, что их эволюция отстает от развития их соседей. (Примечание переводчика: устоявшийся русский термин не вполне адекватно передает смысл оригинального английского выражения. “Straggler” означает «оторвавшийся от строя», «отставший от воинской части»,  «отбившийся от стада». Поэтому, может быть, удачнее был бы термин «голубые дезертиры» или «отщепенцы», хотя, конечно, «голубые бродяги» звучит гораздо красивее).

[2] «Голубые бродяги» являются по меркам шаровых скоплений одновременно относительно яркими и массивными, но это не значит, что они единственные яркие или массивные звезды в этих скоплениях. Красные гиганты ярче них, но их массы значительно ниже, и поэтому они не «выпадают в осадок». От «голубых бродяг» их легко отличить по цвету. С другой стороны, нейтронные звезды, исключительно плотные ядра звезд, значительно более массивных, чем Солнце, и взорвавшихся несколько миллиардов лет назад в раннюю эпоху шаровых скоплений, имеют массы того же порядка, что и «голубые бродяги», и тоже подвержены процессу «выпадения в осадок», но их невероятно трудно наблюдать и поэтому они не являются предметом данного исследования. Только «голубые бродяги» сочетают большую массу с высокой яркостью.

[3] Из 21 скопления, изученного в данной работе, 20 наблюдались с Космическим Телескопом Хаббла, 12 – с 2.2-метровым телескопом MPG/ESO, 8 с Канадско-Франко-Гавайским телескопом и одно с телескопом «Субару» (NAOJ).

[4] Количество и плотность звезд в скоплении определяются относительно легко, чего нельзя сказать об их скоростях. Поэтому предшествующие работы по эволюции шаровых скоплений базировались на теоретических моделях, а не на эмпирических данных.

[5] Эта скорость сложным образом зависит от количества звезд, их плотности и их скоростей в скоплении. Первые два параметра относительно легко определить, в отличие от третьего. По этой причине предшествующие оценки скорости динамического старения шарового скопления основывались только на теоретических аргументах, тогда как новый метод позволяет производить измерения полностью эмпирически.

Ссылки

Текст статьи
Пресс-релиз Космического Телескопа Хаббла
2.2-м телескоп MPG/ESO
Другие снимки, полученные с 2.2-м телескопом MPG/ESO
Обсерватория Ла Силья

Перевод пресс-релиза ESO eso1252. http://www.eso.org/public/russia/news/eso1252/